화석연료에 집중된 에너지 소비패턴으로 온실가스 배출량은 지속적으로 증가하고 있고 이로 인한 기후변화가 가속화되면서 우리의 환경여건이 많은 영향을 받고 있다. 집중호우 빈도가 증가하면서 기존 하수도시스템의 용량을 초과하게 되고, 이로 인한 침수피해 사례가 속출하고 있다. 뿐만 아니라 도시화로 유출가능성이 더욱 높아진 지표면의 많은 오염물들을 수계로 유입시키면서 갈수기에 녹조현상 발생을 더욱 촉진시키고 있어 사회적 문제로 대두되고 있다. 이와 같은 강우유출수에 의한 수계오염의 영향은 전 세계적으로 오랫동안 논의되어 왔으며, 최근에 들어 국내에서도 관리의 필요성이 강하게 제기되고 있다. 따라서, 본 연구에서는 이와 같은 강우유출수, 특히 CSOs에 수평흐름식 여과기술을 적용하기 위한 공정최적화에 목적을 두고 수행되었다.
연구방법은 먼저 문헌조사를 통해 관련된 법규나 국내?외 관리현황, 처리기술 등에 대하여 고찰하였다. 공정최적화 연구를 위해 1단계로 실험실 규모의 실험을 통해 기초인자 도출 및 여재의 특성을 파악하고자 하였고, 2단계 파일럿 규모의 실험을 통해 scale-up 연구 및 3단계 CSOs 적용을 위한 공정최적화 과정으로 수행하였다. 실험장치의 주요 시설로는 경사판 침전과 수평흐름식 여과조로 구성하여 제작하였다. 또한, 공정최적화 과정에서는 파일럿규모의 실험장치를“S”처리장에 설치하여 현장운전을 통해 연구하였다.
1단계인 기초인자 도출실험에서는 무부하 조건에서 선속도 20m/hr로 가동할 경우 손실수두는 약 1cm인 것으로 나타났고, 정상 가동조건(선속도 20㎥/㎡/hr, 유입수 SS 336mg/L)에서 여재의 고형물(SS) 제거효율은 6시간 동안 평균 83%의 제거효율을 보였다. 역세척 시 역세공기량은 선속도 기준 50m/hr 이상의 공기공급량을 15분 이상 공급할 경우 약 98% 정도의 손실수두 회복율을 보였다.
2단계 인공시료를 적용한 scale-up 실험에서는 무부하 조건에서 선속도 24.6m/hr일 때 손실수두는 1.1cm 정도이고 선속도 10m/hr 증가에 따라 약 0.1cm 정도의 손실수두 증가를 유발하는 것으로 나타났다. 정상부하 가동조건에서는 역세척 없이 9시간 가동에 따른 전체평균 81.4%의 제거효율을 보였고, 6시간 동안 80% 이상의 효율을 유지하는 결과를 얻을 수 있었다. 역세척에 따른 손실수두 회복율은 평균 98.0%로 나타났다.
3단계 CSOs 적용을 통한 공정최적화 실험에서는 전처리공정에 의해 여과반응조의 손실수두 증가특성이 크게 달라졌다. 전처리공정으로 450mesh 이상의 벨트형 미세스크린을 조합한 경우 2시간 내외의 여과지속시간을 유지하였고, 이때 SS 제거효율은 평균 83.9%를 유지하였다. 전처리공정의 조합조건에 관계없이 SS 제거효율은 유사한 수준을 유지하였는데, 이는 여과반응조의 강제여과 원리에서 기인된 것으로 판단되었다. 또한, 적정 여과선속도는 20m/hr 이하로 유지하는 것이 타당한 것으로 나타났고, 주기적인 역세척을 통해 97.8~99.4%의 손실수두 회복율을 얻을 수 있었다. 하수에 포함된 SS의 경우 세탁잔재물이나 휴지 등에서 유발된 것으로 추정되는 섬유질이 다량 포함되어 있어 표면여과 현상이 발생되고 이로 인해 손실수두가 급격히 증가하는 문제를 유발하므로 450mesh 이상의 벨트형 미세스크린과의 조합을 통해 CSOs 적용을 위한 여과공정 최적화가 가능하였다.
따라서, 수평흐름식 여과공정을 CSOs에 적용하기 위하여 공정최적화를 목적으로 수행된 본 연구에서는 450mesh 이상의 벨트형 미세스크린과 경사판형 침전조 및 여과조를 조합하는 공정이 가장 바람직하고, SS 80% 이상의 제거효율을 유지하기 위해 20m/hr 이하의 유량조건과 약 2시간 주기의 역세척 공정으로 운전하는 것이 최적이라는 결론을 얻었다.

The accelerated climate change, continuous emission of greenhouse-gas increased because of fossil fuel based consumption pattern, has several impacts on the environment. The flood damage is increasing continuously as the capacity of the existing sewage system exceeds during the heavy rain ? which becomes a common phenomenon. Moreover, the algal bloom phenomenon, which mostly cause because of rapid urbanization bringing pollutant to the water system, has created several social problems such as water supply. The issue of water pollution causing because of storm runoff has remained hot global topic. The necessity of management is strongly discussed in Korea also recently. This study, hence, aims to optimization for CSOs application of horizontal flow filtration technology during the rainfall runoff.
This study first surveys the related law, management systems and technologies in Korea and abroad. It then, for the optimization study, examined the basic factor and characteristics of a filter is through lab-scale experiment. The optimization process is carried out through pilot-scale experiment scale up-study and CSOs application. The experimental equipment consisted of inclination plate settler and horizontally flowing filter. In the optimization process, a pilot-scale experiment equipment is installed in the treatment plant and research carried out through field operation.
In the basic factor test experiment, the head loss is observed as almost 1cm while operating in liner velocity 20m/hr under the unloading condition. In the normal operating condition, liner velocity 20m/hr and influent SS 336mg/L the average of 83% removal efficiency on average of 6hours in removal of suspended solid. As the backwashing air of 15m/hr liner velocity for fifteen minutes for more than fifteen minutes, almost 98% loss head recovery rate is observed.
In the scale-up experiment, applying the artificial sample, the head loss is observed as 1.1cm while operating 26.6m/hr under the unloading condition. As the linear velocity increased by 10m/hr, the head loss is increased of 0.1cm. In the normal operating condition, 81.4% of total average removal ratio is observed when operated for nine hours without backwashing and could maintain the more than 80% of efficiency for six hours. Following backwashing, the average of 98.0% loss head recovery rate is observed.
The head loss characteristics of filtration rector is found differently in the optimization experiment, applying the CSOs according to pre-treatment process. When the belt type fine screen is combined for more than 450mesh through the pre-treatment proces, the filtering maintained for around two hours. The removal ratio was maintained for 83.9% average. Regardless of the combination condition with pre-treatment proces, the SS removal ratio found almost same. It is identified because of forced filtration mechanism. Moreover, the appropriate liner velocity is found to be maintained for less than 20m/hr. The head loss recovery could achieve up to 97.8~99.4% through frequent backwashing. In case of SS, included in sewage, the surface filtration phenomenon appears because of high fibrous substance such as from laundry and waste paper. The filtration process optimized to apply CSOs when the belt type fine screen is combined for more than 450mesh.